蒙皮效应对轻钢加层结构受力性能影响分析

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在轻钢加层结构中,加层门式刚架的设计关系建筑结构的整体稳定,压型钢板对门式刚架的整体受力起着至关重要的作用。以往轻钢加层结构设计时,对加层门式刚架的设计往往忽略压型钢板对结构的承载力和整体性的作用。事实上,压型钢板本身具有较大的抗剪能力,能够提高结构的承载能力,使结构趋于安全,这种作用就是蒙皮效应。轻钢加层设计时考虑蒙皮效应更贴近结构的实际受力状况,更具经济性。
  我国对蒙皮效应的相关研究起步较晚,对轻钢加层结构的蒙皮效应研究相对较少,研究蒙皮效应对轻钢加层结构设计的规范化、合理化、精细化有重要的影响,考虑蒙皮效应不仅能丰富相关的理论,而且能在实际工程应用方面发挥重要的作用。
  本文首先分析了压型钢板受力蒙皮的主要结构形式和作用机理,阐述了蒙皮效应的研究意义和背景,介绍了蒙皮效应有限元理论的基本原理,总结回顾了国内外相关的主要研究成果;其次运用SAP2000有限元分析软件,建立了与已有试验相吻合的有限元模型、对模型进行了抗剪性能分析,并将模拟分析结果与试验结果进行对比,验证了软件的可行性;再次以日照某综合办公楼—三层钢筋混凝土框架结构加建一层门式刚架工程为例,对结构的内力和变形进行了静力分析和动力分析,探讨了考虑蒙皮效应和不考虑蒙皮效应时结构内力和变形的差异;最后,分析了蒙皮效应的两种主要影响因素—蒙皮板厚度和框架柱的长细比对结构内力的影响,得到了结构性能随着两个参数的相关变化规律。
  静力分析结果表明:对于顶层门式刚架来说,考虑蒙皮效应能够提高结构的抗侧移能力,提高结构整体承载能力。动力分析结果表明:考虑蒙皮效应对下层结构的影响较小,对顶层门式刚架的影响较为明显;蒙皮板在一定程度上提高了结构的承载力,因此在结构设计过程中应当考虑蒙皮板的作用。影响因素分析表明:蒙皮效应随着蒙皮板厚度的增加而逐渐加强,但增幅较小;考虑蒙皮效应以后,框架柱的长细比对结构的内力和变形影响不明显,不考虑结构的蒙皮效应时,结构受框架柱长细比的影响较大。上述分析结果对日照某综合办公楼的加层设计有一定指导意义。
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